Datos

Murphy Exploration and Production Company, la subsidiaria operativa de Murphy Oil Corporation, actualmente opera aproximadamente 700 pozos productores de bombas de varilla, que requieren tratamientos para la prevención de la corrosión. La prevención de la corrosión es una parte importante del ciclo de producción. Una falla de la bomba de varilla debido a la corrosión puede generar altos costos de reparación y tiempo de inactividad; Las varillas son especialmente susceptibles a fallas por corrosión debido a cargas de alta tensión. Para garantizar que el pozo esté funcionando de manera segura y que se evite la corrosión, se realiza un tratamiento por lotes en los pozos productores. El tratamiento por lotes es un proceso de tratamiento de pozos utilizando una mezcla de agua y un químico inhibidor de la corrosión. El proceso de tratamiento por lotes crea una película protectora sobre la superficie del metal, protegiéndola de la corrosión. Este proceso se repite y la frecuencia se basa en muchas variables relacionadas con el pozo y la producción para evitar fallas en la bomba de varilla. Para optimizar el programa de tratamiento de pozos, Murphy desarrolló un procedimiento de automatización robótica de procesos (RPA) para alterar el cronograma dinámicamente utilizando algoritmos de datos y una aplicación móvil.

IntroducciónAnalizar los procedimientos actuales involucrados en la producción es crucial para determinar las mejores prácticas para aumentar la eficiencia tanto en tierra como en alta mar manteniendo la calidad de los equipos. La incorporación de tecnología no solo hace que las cosas se hagan rápidamente, sino que también ayuda a dividir el proceso y ofrecer mejores resultados al asignar recursos de manera eficiente.

La extracción económica de petróleo de Murphy depende en gran medida de la reducción del desgaste de los equipos de fondo de pozo y de los tubulares desplegados en los pozos mediante un monitoreo regular y un tratamiento por lotes para reducir el riesgo de corrosión y costosas reparaciones. El tratamiento por lotes implica inyectar una mezcla de inhibidor de corrosión (CI) y agua para reducir la tasa de corrosión, lo que a su vez garantiza un flujo fluido de producción en los pozos sin fallas ni fallas completas.

Poder hacer esto a costos más bajos en cada pozo conduce a una reducción importante en el costo operativo general y garantiza mayores ganancias. Tener un enfoque basado en datos para programar el tratamiento por lotes también puede reducir la frecuencia del tratamiento y evitar el uso innecesario de recursos.

Método El tratamiento por lotes es cuando se inyecta una sustancia química a base de imidazolina mezclada con agua y se hace circular desde la cabeza del pozo hacia abajo a través de la carcasa exterior (OC) y hacia arriba a través de la tubería, cubriendo todas las superficies a fondo junto con la superficie de la varilla de la bomba para evitar corrosión, que puede degradar la superficie del acero, como se ilustra en la Fig. 1. El tratamiento por lotes tiene dos propósitos: monitorear la capa de inhibidor de corrosión en las varillas y mantener el recubrimiento para frenar el desgaste del equipo por corrosión para garantizar longevidad y buen funcionamiento.

La solución química está formulada para proteger el equipo de bombeo contra la exposición al dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, dióxido de azufre y oxígeno. Sin embargo, el tratamiento excesivo en los pozos que no lo requieren y el tratamiento insuficiente en los que sí lo requieren crean el riesgo de que las operaciones fallen en ambos sitios.

Murphy desarrolló una automatización robótica de procesos (RPA) para automatizar los flujos de trabajo y gestionar la programación de tratamientos digitalmente mediante el estudio de datos históricos. Esto implicó normalizar datos históricos, analizar la profundidad del pozo, los tamaños de los tubulares, los diseños de las varillas, las tasas de producción y las limitaciones de la aplicación para determinar una frecuencia óptima de tratamiento y el volumen de CI y mezcla de agua requerido para permitir un programa dinámico. La aplicación se desarrolló como una herramienta para que los operadores de campo realicen un seguimiento de todos los tratamientos anteriores realizados por el proveedor y la cantidad de CI inyectada. Además, los proveedores utilizan la aplicación para realizar un seguimiento de los próximos tratamientos programados, lo que reduce la frecuencia promedio del tratamiento de una vez cada 15 días a aproximadamente una vez cada 28 días. El uso de datos para determinar los cronogramas también puede resultar en una atención más personalizada y enfocada para el pozo. Todo el enfoque se puede explicar mediante un proceso simple de tres etapas, detallado en la Fig. 2.

Un proceso automatizado para programar y priorizar el tratamiento por lotes para pozos con productividad como criterio elimina los inconvenientes del proceso de programación actual. El flujo de trabajo anterior dependía en gran medida de la disponibilidad de técnicos para el proceso. No hubo validación de los tratamientos realizados en términos del volumen de IC inyectado o la eficacia del tratamiento. Los costos de CI, agua y transporte por carretera fueron todos más altos debido a la programación frecuente.

La investigación bibliográfica sobre el tratamiento por lotes reveló que 1 galón de inhibidor es suficiente para mantener las bombas funcionando sin problemas y que, incluso según estándares conservadores, 5 galones son más que suficientes. Sin embargo, anteriormente los tratamientos utilizaban 10 galones de CI y 42 galones de agua para el mismo propósito. Esto no sólo aumentó el riesgo de sobretratamiento, sino que cada galón extra que se bombeó en cada uno de los 700 pozos durante un año determinado costó aproximadamente 150.000 dólares.

Tener datos sobre los recursos, el tiempo y los costos utilizados para un proceso como este es crucial para comunicar prioridades, roles y objetivos a cada equipo. Tener datos sobre el tiempo de inactividad de los equipos en un pozo, su efecto en la producción y los costos adicionales que agregará se puede utilizar para predecir qué pozo necesita más atención al programar tratamientos por lotes. Luego, la información puede ayudar a revelar oportunidades en unidades que pueden utilizar la financiación para desbloquear el verdadero potencial de producción.

El algoritmo para la programación dinámica del tratamiento se basa en tres métricas clave: tasa de producción de fluido del pozo, profundidad y temperatura del fondo del pozo.

El monitoreo de la producción brinda información sobre el nivel estimado de inhibición de la corrosión, ya que el caudal de fluido afecta el espesor de la película protectora de CI aplicada, ilustrado por la siguiente relación directamente proporcional:

(CI)t ∝ Caudal (fluido)

Por lo tanto, monitorear el caudal da una idea precisa sobre el volumen de CI requerido para renovar la película inhibidora de corrosión en el equipo. Mantener una película suficiente reduce el riesgo de corrosión por picaduras de los componentes del fluido producido, como H2S y CO2. Según la investigación realizada por Sunder Ramachandran sobre "Persistencia de la película de nuevos inhibidores de corrosión por lotes a base de agua de alta temperatura para pozos de petróleo y gas", la capa de líquido inhibidor en la superficie de una varilla para protegerla de la corrosión tiene que ser precisamente 2,7 μm. Si se agrega más mezcla de CI para el tratamiento, entonces el exceso de CI fluirá, causando desperdicio del químico CI, y, si se agrega menos de 2,7 μm de mezcla, se formarán parches de CI y la varilla no quedará completamente recubierta, lo que provocaría una corrosión acelerada, por lo que los tratamientos siempre deben programarse en consecuencia con el volumen adecuado de CI necesario para garantizar que se mantenga un espesor de 2,7 μm.

Basar los cronogramas para el tratamiento anticorrosión en la producción de los pozos no sólo centra la atención en los pozos con mayor producción y tasas de falla, sino que además el proceso en sí es científico. Según NACE International en “Práctica recomendada para el control de la corrosión de varillas de bombeo mediante tratamiento químico”, la dosis de CI debe ser igual a 25 ppm según la producción total de fluido entre tratamientos. Por ejemplo, un pozo que produzca 400 B/D requeriría 3 galones de CI por semana.

El volumen de CI necesario según la profundidad de un pozo se puede calcular mediante la siguiente ecuación:

Vol.(CI) = 2πh·CI·(R+2·IC+OC)·0,0043,

dónde

Vol.(CI) = volumen de inhibidor de corrosión (galones estadounidenses)h = altura del pozo (pulgadas)CI = espesor de la película (pulgadas)R = radio de la varilla de bombeo (pulgadas)IC = radio de la tubería (pulgadas)OC = radio de carcasa exterior (pulgadas) 0,0043 = factor de conversión de pulgadas cúbicas a galones estadounidenses

Se debe seguir estudiando el seguimiento del nivel de corrosión que afecta a las unidades de bombeo (Fig. 3) y que amenaza la producción para calcular cuánto tiempo puede aguantar cada pozo sin tratamiento. La técnica de programación propuesta ajustará la frecuencia y reducirá el uso de inhibidores según los datos recopilados de los pozos, mientras que solo el costo del camión para un tratamiento puede ser mayor para los pozos que requieren tratamientos más frecuentes para producir un rendimiento óptimo.

Otra métrica clave que puede indicar la necesidad de un tratamiento por lotes es el efecto de la temperatura del pozo sobre la tasa de corrosión. Una temperatura más alta genera más corrosión en un tiempo determinado, y monitorear periódicamente el estado del pozo en la aplicación mediante análisis de datos ayuda a los gerentes a programar el tratamiento del pozo a tiempo. Las frecuencias de los tratamientos dinámicos puntuales deberían reducir las tasas de fracaso.

MaterialesLos datos recopilados en 2019 muestran que los patrones de programación actuales dieron como resultado aproximadamente 15,000 tratamientos al año. Mientras tanto, la programación propuesta, determinada mediante la optimización de datos y la aplicación de la teoría en los pozos, redujo el número de tratamientos anuales a aproximadamente 7.000 y resultó en un gasto de aproximadamente un 51,1% menos en tratamientos por lotes. La figura 4 ilustra un panel de muestra utilizado para rastrear y comparar métricas en el flujo de trabajo del tratamiento por lotes.

Reelaborar constantemente los procesos e introducir soluciones basadas en tecnología y basadas en datos para explorar todas las oportunidades de gastar menos es un paso más hacia el crecimiento empresarial. Todos los supuestos deben analizarse y revisarse cuidadosamente para asegurarnos de que evolucionamos con los tiempos sin confiar demasiado en los pronósticos.

Resultados La programación de tratamientos es un proceso impulsado por la tecnología con una aplicación interna desarrollada para capturar solo los datos más críticos, como el inhibidor que se utilizará, el pozo que se tratará y el proveedor responsable del tratamiento. También pretende ser utilizado como una herramienta para que los operadores de campo realicen un seguimiento de todos los tratamientos anteriores realizados por el proveedor, su frecuencia y la cantidad de CI inyectada. Los proveedores pueden utilizar la aplicación para realizar un seguimiento de los próximos tratamientos programados. Esta transparencia ayudó a reducir la frecuencia de los tratamientos a aproximadamente una vez cada 28 días, dependiendo de la producción del pozo, en comparación con el cronograma previamente fijado de cada 15 días. El uso de datos para determinar los cronogramas también puede resultar en una atención más personalizada y enfocada para el pozo.

Su interfaz de usuario (Fig. 5) contiene una pantalla de visualización (Pozos) que muestra una lista de todos los pozos y cuáles de ellos han sido validados después del tratamiento o programados para ser tratados.

Los registros históricos sobre cuándo se trató un pozo y la frecuencia con la que requirió tratamiento también se reflejarán en la aplicación. Esto también puede desempeñar un papel en el seguimiento de los recursos y el tiempo invertido en un pozo en comparación con el fluido que ha estado produciendo. Hacer un seguimiento de los costos de tratamiento y la productividad en un pozo puede ayudar a los gerentes a abordar los problemas con los equipos que inhiben el rendimiento y a realizar los reemplazos o modificaciones necesarios en el proceso.

ConclusiónLa seguridad en los sitios de extracción es un factor importante, especialmente durante la pandemia de coronavirus. Tener datos periódicos sobre los equipos y la producción en los pozos a través de una aplicación reduce la necesidad de que los técnicos visiten el campo. El tratamiento y el mantenimiento de las instalaciones basados ​​en la información también garantizan que no haya fallas técnicas o fallas en los pozos que deban abordarse. La validación de los pozos después de realizar el tratamiento por lotes también se vuelve más rápida y requiere menos mano de obra en el campo si se dispone de datos sobre productividad y cronogramas. La aplicación también acelera el proceso al permitir que una sola persona tome decisiones rápidas y más informadas al integrar todas las actualizaciones históricas y en tiempo real en una sola plataforma.

Disponer de un nuevo enfoque y flujo de trabajo para los pozos y sitios de extracción existentes puede resultar revolucionario a la hora de establecer proyectos futuros. Los datos sobre los caudales de fluidos y su efecto sobre la IC pueden ayudar a adoptar métodos más rentables para tratar la maquinaria en los pozos para nuevas operaciones. Si bien los costos generales de los camiones para el tratamiento por lotes pueden aumentar, la frecuencia a largo plazo de la programación de la inyección de inhibidores disminuye a medida que mejora el estado del equipo. El volumen de inhibidor, junto con los costos adicionales y los requisitos de mano de obra, también disminuyen, y eso es mucho mayor en comparación con un aumento potencial en los costos de transporte. Las prácticas actuales se basan en estimaciones conservadoras y los procedimientos rutinarios no se centran en optimizar los resultados de la actividad.

Los procedimientos basados ​​en datos propuestos tienen como objetivo crear un ciclo de mantenimiento dinámico que simultáneamente mira el pasado, analiza el progreso en tiempo real y crea nuevas estrategias para operaciones futuras. Además de generar una mayor producción con menores costos, un pequeño cambio hacia procesos basados ​​en datos marca una mayor diferencia para las operaciones comerciales actuales y los nuevos proyectos reservados para Murphy. Una cultura laboral conocedora de la tecnología también abre puertas para avanzar fácilmente hacia un futuro pospandémico en el que las empresas se adaptarán a una nueva normalidad.